مسارات Pentose: مراحل والأمراض ذات الصلة

يعتبر مسار فوسفات البنتوز ، المعروف أيضًا باسم انحراف أحادي فوسفات سداسي البروم ، طريقًا أيضيًا أساسيًا يحتوي على الريبوسومات كمنتج نهائي ، وهو ضروري لطرق تخليق الحمض النووي النيوكليوتيد ، مثل الحمض النووي ، الحمض النووي الريبي ، الحمض النووي الريبي ، الحمض النووي للدرنات النانوية ، بدعة و أنزيم أ.

كما أنه ينتج NADPH (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين دينوكليوتيد) ، المستخدم في التفاعلات الأنزيمية المختلفة. هذا المسار ديناميكي للغاية وقادر على تكييف منتجاته حسب الاحتياجات الفورية للخلايا.

يعتبر ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) "عملة الطاقة" للخلية ، لأن تحللها المائي يمكن أن يقترن بمجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية الحيوية.

وبالمثل ، فإن NADPH هي عملة طاقة ثانية ضرورية لتوليف الأحماض الدهنية ، وتوليف الكوليسترول ، وتوليف الناقلات العصبية ، والتمثيل الضوئي وإزالة السموم ، من بين أمور أخرى.

على الرغم من أن NADPH و NADH متشابهان في التركيب ، إلا أنهما لا يمكن استخدامهما بالتبادل في التفاعلات الكيميائية الحيوية. يشارك NADPH في استخدام الطاقة الحرة في أكسدة بعض المستقلبات من أجل التخليق الحيوي المختزل.

في المقابل ، تشارك NADH في استخدام الطاقة الحرة من أكسدة المستقلبات لتوليف ATP.

التاريخ والموقع

بدأت الأدلة على وجود هذا المسار في عام 1930 بفضل الباحث أوتو واربورغ ، الذي يُعزى إليه اكتشاف NADP +.

سمحت بعض الملاحظات باكتشاف المسار ، وخاصة استمرار التنفس في وجود مثبطات انحلال السكر ، مثل أيون الفلوريد.

ثم ، في عام 1950 ، وصف العلماء فرانك ديكنز وبرنارد هوكر وفريتز ليبمان وإفرايم راكر مسار الفوسفات البنتوز.

تحتوي الأنسجة المشاركة في تخليق الكوليسترول والأحماض الدهنية ، مثل الغدد الثديية والأنسجة الدهنية والكلى ، على تركيزات عالية من إنزيمات فوسفات البنتوز.

يعتبر الكبد أيضًا نسيجًا مهمًا لهذا المسار: يحدث حوالي 30٪ من أكسدة الجلوكوز في هذا النسيج بفضل إنزيمات مسار فوسفات البنتوز.

وظائف

مسار فوسفات البنتوز مسؤول عن الحفاظ على توازن الكربون في الخلية. وبالمثل ، يجمع المسار السلائف من النكليوتيدات والجزيئات المشاركة في تخليق الأحماض الأمينية (الكتل الهيكلية للببتيدات والبروتينات).

هذا هو المصدر الرئيسي للحد من الطاقة لردود الفعل الأنزيمية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يوفر الجزيئات اللازمة للتفاعلات الابتنائية وللعمليات الدفاعية ضد الإجهاد التأكسدي. المرحلة الأخيرة من المسار حرجة في عمليات الأكسدة والاختزال في حالات التوتر.

مراحل

يتكون مسار فوسفات البنتوز من مرحلتين في السيتوسول الخلوي: واحد مؤكسد ، والذي يولد NADPH مع أكسدة الجلوكوز - 6 - فوسفات إلى ريبوز 5 - فوسفات ؛ وواحد غير مؤكسد ، وهو ما يعني ضمنا تحويل السكريات من ثلاثة ، أربعة ، خمسة ، ستة وسبعة كربون.

يقدم هذا المسار تفاعلات مشتركة مع دورة Calvin ومسار Entner-Doudoroff ، والذي يعد بديلاً لتحلل السكر.

المرحلة المؤكسدة

تبدأ المرحلة المؤكسدة بإزالة الهيدروجين من جزيء الجلوكوز - 6 فوسفات في الكربون 1. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم الجلوكوز - 6 - فوسفات ديهيدروجينيز ، الذي يحتوي على خصوصية عالية لـ NADP +.

نتاج هذا التفاعل هو 6-فوسفونوغلوكونو- لاكتون. بعد ذلك ، يتم تحلل هذا المنتج بواسطة إنزيم لاكتوناز لإعطاء 6 فوسفوغلوكونات. يتم أخذ المركب الأخير بواسطة إنزيم 6 فوسفوكلوكونات إنزيم ويصبح ريبولوز 5 فوسفات.

يحفز إنزيم إنزيم فسفوبنتوز أيزوميراز الخطوة الأخيرة من المرحلة المؤكسدة ، والتي تنطوي على تخليق فوسفات الريبوز 5 - فوسفات إيزوميرز الريبولوز 5 فوسفات.

تنتج هذه السلسلة من التفاعلات جزيئين من NADPH وجزيء واحد من ريبوز 5 فوسفات لكل جزيء من الجلوكوز 6 فوسفات يدخل مسار الإنزيم هذا.

في بعض الخلايا ، تكون متطلبات NADPH أكبر من متطلبات الريبوز 5 فوسفات. لذلك ، يأخذ إنزيمات ترانسكيتولاز وترانسالدولاز ريبوز 5 فوسفات ويحوله إلى 3 فوسفات غليكيرالدهيد وفركتوز 6 فوسفات ، مما يفسح المجال للمرحلة غير المؤكسدة. يمكن أن يدخل هذان المركبان الأخيران في مسار التحليل.

المرحلة غير المؤكسدة

تبدأ المرحلة بتفاعل إيميريزيشن تم تحفيزه بواسطة إنزيم البنتوز - 5 - فوسفات الإنزيم. يتناول هذا الإنزيم ريبولوز 5 - فوسفات ويتحول إلى زيلولوز - 5 - فوسفات.

يتم تناول المنتج بواسطة إنزيم الترانسكيتوليز الذي يعمل مع بيروفوسفات أنزيم ثيامين (TTP) ، الذي يحفز مرور إكسيلولوز 5 - فوسفات إلى ريبوز 5 - فوسفات. مع نقل الكيتوز إلى الألدوز ، يتم إنتاج جلسرالديهايد 3-فوسفات و sedoheptulose-7-phosphate.

بعد ذلك ، يقوم إنزيم transaldolase بنقل C3 من جزيء sedoheptulose-7-phosphate إلى glyceraldehyde-3-phosphate ، الذي ينتج سكرًا من الكربون أربعة (erythrose-4-phosphate) وسكر ستة الكربون (الفركتوز 6). -phosphate). هذه المنتجات قادرة على تغذية مسار السكر.

يعمل إنزيم transketosala مرة أخرى على نقل C2 من فوسفات الزيليلوز -5 إلى إريثروز -4-فوسفات ، مما يؤدي إلى الفركتوز -6-فوسفات و glyceraldehyde-3-phosphate. كما في الخطوة السابقة ، يمكن أن تدخل هذه المنتجات في تحلل السكر.

تربط هذه المرحلة الثانية المسارات التي تولد NADPH مع المسؤولين عن توليف ATP و NADH. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تدخل منتجات الفركتوز 6 - الفوسفات وجلاسيالديهايد - 3 - الفوسفات في تكوين السكر.

الأمراض ذات الصلة

ترتبط الأمراض المختلفة بمسار فوسفات البنتوز ، بين هذه الأمراض العصبية العضلية وأنواع مختلفة من السرطان.

تركز معظم الدراسات الإكلينيكية على قياس نشاط إنزيم هيدروجيناز الجلوكوز 6 فوسفات ، لأنه الإنزيم الرئيسي المسؤول عن تنظيم المسار.

في خلايا الدم التي تنتمي إلى الأفراد المعرضين لفقر الدم ، يكون لديهم نشاط إنزيمي منخفض من هيدروجيناز الجلوكوز 6 فوسفات. في المقابل ، تظهر الخطوط الخلوية المرتبطة بالسرطان في الحنجرة نشاط إنزيم عالٍ.

يشارك NADPH في إنتاج الجلوتاثيون ، وهو جزيء رئيسي من الببتيد في الحماية ضد أنواع الأكسجين التفاعلية ، والمشاركة في الإجهاد التأكسدي.

أنواع مختلفة من السرطان تؤدي إلى تفعيل مسار البنتوز وترتبط بعمليات ورم خبيث ، تكوين الأوعية الدموية والاستجابات للعلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي.

من ناحية أخرى ، يتطور مرض الورم الحبيبي المزمن عندما يكون هناك نقص في إنتاج NADPH.